液壓脹形
關注創建者：李總不喝酒 創建時間：2018-12-08
液壓脹形的實例教程
液壓脹形法是工業界常用的金屬波紋管加工工藝之一，具有高效率、高精度、低成本等優點。該工藝的原理是在金屬管道內部施加內壓，使管道徑向膨脹，在模具擠壓和內壓整體作用下，形成波紋狀結構。此過程中，管道胚料產生較大程度的塑性變形，成形后會存在殘余應力。另外，工藝中的一些關鍵參數，如內壓幅值、模具尺寸等，也會影響波紋管的最終成形質量。目前，工業界通常通過經驗或試驗來確定這些參數，成本高、周期長，且難以達到最優參數組合。
圖2 金屬波紋管液壓脹形工藝原理示意圖
仿真計算是隨計算科學發展出來的先進方法。通過仿真計算，可以在計算機中模擬液壓脹形工藝加工金屬波紋管的各個階段，分析不同工藝參數對最終產品成形質量的影響，優化結構應力狀態，加速工藝設計過程。仿真計算的應用能夠為工業界提供更科學、更準確的工藝參數，從而縮短產品研發的迭代周期，為提高生產效率和產品質量提供更有效地支撐。
二、仿真計算解決方案
仿真技術在金屬波紋管液壓脹形加工領域應用不廣泛、不深入，存在仿真和實際加工產線脫節的現象。造成這種情況的主要原因是傳統CAE仿真軟件存在較高的使用門檻，要求使用者具備一定的彈塑性力學基礎和仿真知識，并且對成形設備工作原理和工藝過程十分了解。工欲善其事，必先利其器。簡化仿真流程，提高仿真效率，充分體現仿真的工具屬性是仿真軟件的發展趨勢，也是仿真賦能制造業的題中之義。
使用自主通用的多物理場仿真PaaS平臺Simdroid內置的APP開發模塊，可將仿真知識、專家經驗固化為可復用的金屬波紋管液壓脹形工藝仿真APP。使用者可跳過復雜的仿真流程，直接利用APP計算可得到結構響應，預估產品性能。本文將詳細介紹基于軸對稱模型對某一規格的銅合金材質金屬波紋管液壓脹形過程的仿真分析和APP封裝過程。
展開 下面的是液壓脹形的簡單例子，就是控制管內的液壓和軸向力配合完成加載
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請問下大家，用deform模擬管材液壓脹形時，邊界條件中液壓力加載設置了線性，選擇加壓的曲面是管材的外部還是內部曲面呢？
但是異形截面管件焊接件質量得不到保證，為了解決異型截面管件的加工問題，液壓脹形技術被提出來并得到迅速發展。液壓脹形是塑性加工中的一種冷加工技術，成形過程是先把預成形管件放入模具，首先完成合模動作，然后邊施加軸向力邊向管內注入水或其他液體，最后管件在液壓力和軸向力的作用下發生塑性變形，最終得到與模具形狀相同的成形件，能夠滿足沿管件軸線具有不同截面形狀的空心零件加工需要，截面形狀不受限制，能滿足汽車輕量化要求。比傳統工藝相比有精度高、成本低等優點，在汽車、航天等行業得到廣泛推廣。雖然液壓脹形技術發展較快，但是由于起步晚，如何有效的提高管件液壓成形性成為當前國際學術研究的前沿問題
在液壓脹形的仿真和優化過程中，使用的軟件主要包括UG，HYPERMESH、LS-DYNA.主要是通過UG軟件建立幾何模型，利用HYPERMESH軟件進行網格劃分和前處理，利用LS-DYNA軟件進行計算。本文進行了鼓形管件的液壓脹型仿真。
鼓形管件CAD模型如下圖所示，由模具和管坯兩部分組成，模型選用四邊形網格劃分，并且為了節省計算時間，將模具部分設置為剛體，不考慮模具受力后的變形。網格劃分完之后共有節點1569個，單元1553個。
成形仿真中的邊界條件和載荷共同定義了模型的運動情況，為了避免穿透，液壓力均與施加在管坯單元上，軸向力以施加到管坯端面單元方式施加，并且需要約束管坯節點沿x,y,z三個方向的轉動。
管坯材料選用材料庫MAT24，模具為剛體。主要材料參數如下圖所示：
時間步的大小影響計算的精度，大的時間步會節省計算成本，但是仿真的過程不夠細致，另外大的時間步會影響加載曲線下力和位移的施加，過大的時間步會導致位移加載的失真，直接反應為模具在最后的時間步放棄仿真動作。LS-DYNA運用直接積分顯式格式的中心差分法。
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</figure><p><br></p><p> 分析過程：</p><p> 管材在壓力作用下，先脹形，然后再擠壓成形；</p><p><br></p><p><br></p><p><br></p><p><br></p><p><br></p><figure style="text-align: center;" class="ql-align-center">
<figure class="figure-image" contenteditable="false" data-img="https://img.jishulink.com/202507/attachment/70246f06b4e047959e22a59937319025.png" style="display: inline-block;" data-regular="true">
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<p>成形動畫:</p><p><br></p><p><br></p><p><br></p><p><br></p><figure style="text-align: center;" class="ql-align-center"><figure class="figure-image" contenteditable="false" data-img="https://img.jishulink.com
該 APP 基于先進的軸對稱模型構建原理，可針對銅合金波紋管的液壓脹形過程展開全面而細致的仿真分析。通過此 APP，技術人員能夠清晰地查看在整個液壓脹形過程中，金屬波紋管結構應力場、應變場的分布狀況，為工藝優化提供了有價值的數據支撐。
圖16 Simdroid中仿真APP開發環境
封裝完成的仿真APP界面如下：
圖17 金屬波紋管液壓脹形工藝仿真APP—參數幾何
圖18 金屬波紋管液壓脹形工藝仿真APP—網格
圖19 金屬波紋管液壓脹形工藝仿真APP—應力云圖
圖20 金屬波紋管液壓脹形工藝仿真APP—等效塑性應變云圖
封裝完成的仿真APP可以導出*.APP格式的文件，便于使用和分享
球形容器無模液壓成形
(a)下料 (b)彎卷 (c)組裝焊接 (d)液壓脹形
它的成形工藝是先由平板經過焊接形成封閉多面殼體，然后在封閉多面體內充滿液體介質(一般為水)，并通過一定加壓系統施加壓力，在內壓作用下殼體產生塑性變形而逐漸趨向于球殼。
主要優點有不需要模具和壓力機;容易變更殼體壁厚和直徑;產品精度高;降低成本，縮短制造周期。
雖然液壓脹形技術發展較快，但是由于起步晚，如何有效的提高管件液壓成形性成為當前國際學術研究的前沿問題
在液壓脹形的仿真和優化過程中，使用的軟件主要包括UG，HYPERMESH、LS-DYNA.主要是通過UG軟件建立幾何模型，利用HYPERMESH軟件進行網格劃分和前處理，利用LS-DYNA軟件進行計算。本文進行了鼓形管件的液壓脹型仿真。
該功能的加入也為客戶提供了模擬更多工藝類型的能力，比如液壓脹形。
下面來看一下；
沖壓件加工中液壓沖孔就是液壓脹形完成后，在管內液體壓力的支撐作用下，利用沖頭或管內液體壓力將管壁材料分離的一種加工方法，整個過程中不使用凹模裝置。液壓沖孔與普通沖裁之間有許多相似之處，管壁均經歷彈性變形、塑性變形、斷裂分離三個階段。
液壓沖孔按沖頭的運動方向大致可以分為兩類：1、由內向外沖孔 2、由外向內沖孔。
縱縫夾具可用琴鍵式，環縫可用液壓脹形夾具。縱縫裝配時可適當增大間隙，以便焊后有收縮余地；環縫（包括圓形凸緣、法蘭等）則留些反向錯邊或扳邊，因為焊后凸緣會塌陷變形。
墊板材料一般為不銹鋼或碳鋼，對要求不高的鋁材焊接可用石墨制作墊板。選擇墊板材料還應考慮對焊縫冷卻速度的影響。當鋁板較厚或墊板裝配間隙較大時，可用粘土泥封住間隙，焊后去掉即可。
請問下大家，用deform模擬管材液壓脹形時，邊界條件中液壓力加載設置了線性，選擇加壓的曲面是管材的外部還是內部曲面呢？
下面的是液壓脹形的簡單例子，就是控制管內的液壓和軸向力配合完成加載
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